word vi sóng 6 12

Tùy theo tính chất và độ ẩm, tùy theo yêu cầu và mức độ làm khô của vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách sau: ● Phương pháp cơ học: Dùng

Chương 2: Tổng quan về công nghệ và thiết bị 2.1 Tổng quan về công nghệ

2.1.1 Khái niệm về sấy

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm

Tách nước ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quá trình kĩ thuật rất phổ biến và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành hóa chất

● Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển

● Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, làm giảm hoạt độ của nước, chậm bớt các quá trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn

● Là công đoạn sơ chế cho các bước chế biến tiếp theo

2.1.3 Các phương pháp tách ẩm

Tùy theo tính chất và độ ẩm, tùy theo yêu cầu và mức độ làm khô của vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách sau:

● Phương pháp cơ học: Dùng máy ép, máy lọc, máy li tâm,… để tách nước Dùng khi không cần tách triệt để mà chỉ tách sơ bộ một lượng nước ra khỏi vật liệu

● Phương pháp hóa lý: Dùng một hóa chất có tính hút nước cao để tách ẩm ra khỏi vật liệu như CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc,… Phương pháp này đắt và phức tạp nên dung chủ yếu để hút ẩm trong một hỗn hợp khí để bảo quản máy và thiết bị

● Phương pháp nhiệt: Dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống

2.1.4 Phân loại phương pháp sấy

● Sấy tự nhiên: là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió,… để làm bay hơi nước Phương pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém,… Do đó phương pháp này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình

● Sấy nhân tạo: là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do con người tạo ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm

Sấy nhân tạo có nhiều dạng:

● Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò,…( gọi là tác nhân sấy )

● Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

● Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy

● Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu ● Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất

cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi trừ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng

2.1.5 Phương pháp và công nghệ sấy vi sóng

Công nghệ sấy vi sóng là nhiệt được thâm nhập bằng những tia sóng siêu nhỏ khiến cho tất cả các thành phần trong sản phẩm đều được làm khô trong thời gian rất ngắn Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm điện năng mà còn giữ lại hầu hết các chất dinh dưỡng và màu sắc ban đầu của nông sản, thực phẩm Vi sóng (sóng siêu cao tần - microwave) là một dạng bức xạ điện từ không ion hóa, có tần số trong khoảng từ 300 MHz tới 300 GHZ (bước sóng λ trong khoảng từ 1m tới 1 mm), nằm giữa vùng sóng radio (RF) và vùng hồng ngoại + ánh sáng khả kiến Trong dải vi sóng, các tần số 915 MHz và 2,45 GHz thường sử dụng cho lò vi sóng Lò vi sóng dân dụng thường sử dụng tần số 2,45 GHz, bước sóng 12,2 cm (4.80 inch), khả năng đâm xuyên vào môi trường vật chất từ 3 - 8 cm Lò vi sóng công nghiệp/thương mại lớn thường sử dụng tần số 915 MHz, bước sóng 32,8 cm (12,9 inch), khả năng đâm xuyên cao hơn - từ 8 – 22 cm

Vi sóng khi truyền qua thực phẩm sẽ gia nhiệt cho chúng Nước, chất béo, và các chất trong thực phẩm hấp thụ năng lượng từ lò vi sóng trong một quá trình gọi là gia nhiệt điện môi Năng lượng vi sóng được cung cấp ở mức độ phân tử thông qua sự tương tác phân tử vật chất với trường điện từ, đặc biệt, là thông qua ma sát phân tử, là kết quả của sự quay của lưỡng cực điện của phân tử theo dao động của trường điện từ Cơ chế chính gia nhiệt bằng vi sóng là sự quay của lưỡng

cực điện và phân cực ion (cơ chế phân cực hoá lưỡng cực- Dipolar polarization Mechanism) Ngoài ra, còn có cơ chế gia nhiệt phụ, khi dưới tác dụng của điện trường, các ion trong một dung dịch sẽ di chuyển trong toàn bộ dung dịch và va chạm nhau và chuyển năng lượng động học thành nhiệt (cơ chế dẫn - Conduction mechanism)

Như vậy, chỉ có những vật liệu có độ phân cực đủ lớn thì tác dụng gia nhiệt bằng vi sóng mới có kết quả mong đợi Nước trong thực phẩm là thành phần chủ yếu có lưỡng cực điện, có vai trò rất lớn trong gia nhiệt điện môi Với cấu trúc lưỡng cực điện, có các điện tích dương và âm ở 2 đầu, do đó, các phân tử nước sẽ quay theo chiều song song với điện trường ngoài Dao động điện trường xoay chiều làm quay đảo chiều các phân tử, va chạm với các phân tử khác và buộc chúng chuyển động, dẫn tới sự chuyển hoá năng lượng phân tán này thành năng lượng nhiệt Ở tần số siêu cao, các phân tử đảo chiều liên tục, tạo ra sự chuyển hoá năng lượng cao, dẫn tới sự gia nhiệt rất nhanh

Tốc độ gia nhiệt thể tích (Q) của vi sóng tại một vị trí tỷ lệ với cường độ điện trường theo biểu thức:

𝑄2𝑓𝑜 " 𝐸2

Trong đó f là tần số của vi sóng, E là cường độ điện trường của sóng tại địa điểm quan sát, ε0 là hằng số điện môi chân không, và ε” là thừa số mất mát năng lượng trong vật liệu điện môi đại diện cho khả năng hấp thụ vi sóng của vật liệu

Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống sấy vi sóng

 Năng suất đầu vào(NL): G1=300 kg/mẻ  Thời gian sấy 1 mẻ là τ=2h

 Độ ẩm của VLS trước khi sấy là: W1=80%  Độ ẩm của VLS sau khi sấy là: W2=8%

 Chế độ sấy không hồi lưu, nhiều giai đoạn điều khiển bằng PLC, sấy bổ sung nhiệt

 Tác nhân sấy: Không khí tươi

 Nhiệt độ của vật liệu sấy trước khi vào sấy là tm1=250C  Nhiệt độ của vật liệu sau khi ra khỏi thiết bị sấy là tm2=

 Trạng thái không khí bên ngoài là: to=25oC, 𝜑=85%, Po=745 mmHg  Nhiệt độ của tác nhân sấy đi vào buồng sấy và ra khỏi thiết bị là

● W1, W2 là độ ẩm trước và sau khi sấy

● G1, G2 là khối lượng VLS trước và sau khi sấy

● W là lượng ẩm bốc hơi

Tính toán sấy lí thuyết

Không khí bên ngoài có nhiệt độ và độ ẩm tương ứng là: 𝑡0 = 250C, 𝜑0 =

85%

● Áp suất hơi nước bão hòa ở 25oC là:

Trong đó: + Cpk là nhiệt dung riêng của không khí khô: Cpk=1,004 kJ/kgK

+ r là nhiệt ẩm hóa hơi của hơi nước: r =2500 kJ/kg

+ Cph là nhiệt dung riêng của hơi nước: Cph=1,842 kJ/kgK I0=1,004×25+0,0173×(2500+1,842.25 ) = 69,1 kJ/kgkk ● Khối lượng riêng của không khí khô:

Khối lượng riêng của không khí khô là khối lượng của một thể tích không khí Quá trình trao đổi ẩm của TNS – VLS trong buồng sấy vi sóng diễn ra như sau:

- Vi sóng đâm xuyên vào VLS, cung cấp năng lượng cho các phân tử nước, động năng chuyển thành nhiệt năng làm nóng nước trong VLS

- TNS chuyển động qua bề mặt VLS nhận nhiệt và ẩm từ VLS Lượng nước cần hóa hơi: 117,4 kg/h

Nhiệt lượng tiêu thụ:

Q = 117,4x[(t2-t1)xCph + r50oC]

= 117,4x[(50-25)x1,842+2350)] = 281296,25 kJ/h

Tính toán lí thuyết, Năng lượng vi sóng chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng dùng nâng nhiệt và hóa hơi nước trong VLS

 Công suất phát cần tối thiếu P = 281296,25 kJ/h = 78,14 kW

Đồ thị I=d quá trình sấy bổ sung nhiệt trong buồng sấy(bằng vi sóng)

A: Không khí đi vào buồng sấy (không khí tươi ngoài trời) C: Không khí ra khỏi buồng sấy (phụ thuộc vào giai đoạn sấy)

- Giai đoạn đẳng tốc: tốc độ bay hơi ẩm không thay đổi Trong giai đoạn này, lượng ẩm mất đi chủ yếu là ẩm tự do:

d I

A

C

Công suất phát vi sóng sử dụng: -9 đầu phát

- Giai đoạn giảm tốc: tốc độ bay hơi ẩm giảm dần theo thời gian Trong giai đoạn này, ẩm mất đi chủ yếu là ẩm liên kết

Công suất phát vi sóng sử dụng -6 đầu phát & -3 đầu phát ● Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t2=500C

Không khí sau khi đi ra khỏi buồng sấy

t0 = 250C t2 = 500C 𝜑0 = 85% 𝜑2 = 80,5%

Khay dạng mâm tròn làm bằng thép, thiết kế dạng lưới để nâng cao hiệu suất sấy Ta chọn kích thước khay sấy như sau: mỗi khay cách nhau 80 mm, khoảng thông khí giữa 2 khay là 50 mm

Đường kính khay 1300 mm, mỗi khay để 15kg VLS, tổng 20 khay

Khối lượng riêng VLS lấy 0.9 kg/dm3, thể tích VLS trên 1 khay: 16.7 dm3, xếp kín 80% bề mặt khay thì bề dày lớp VLS = 16 mm

Khung quay đặt khay sấy có kích thước Cao: H - 1600 mm

Đường kính: 1300 mm

3.3.3 Kích thước buồng sấy

● Chiều dài buồng: Với: ∆𝐻 là khoảng cách giữa đỉnh khung với trần buồng

Kích thước phủ bì của buồng là:

● Chiều dài phủ bì của buồng là: ( Với 𝛿1=2.5mm là chiều dày lớp thép bao bên ngoài, δ2=10 mm là chiều dày lớp thép bên trong tường buồng sấy, 𝛿𝑝 = 75 𝑚𝑚 là lớp bông thủy tinh cách nhiệt,δđ là chiều dày lớp đáy buồng)

Ta chọn công tắc hành trình chịu được dòng 220V, kích thước nhỏ gọn dễ lắp đặt để ngắt nguồn khi cửa buồng sấy bị hở, gây rò rỉ vi sóng ra môi trường

2.4.2 Hệ thống phát vi sóng

2.4.2.1 Lựa chọn đầu phát Ta cần chọn đầu phát có công suất theo yêu cầu: 1.5kW, có khả năng làm việc liên tục thời gian dài Do đó t chọn đầu phát vi sóng 2M463K cùng các thiết bị kèm theo, đủ công suất phát, có khả năng làm việc lâu dài với thiết kế làm mát bằng nước Bảng 1 Thống số đầu phát vi sóng 2M463K

Đầu phát vi sóng 2M463K 2.4.3 Quạt gió:

2.4.3.1 Quạt

Ta chọn quạt hướng trục gián tiếp T30C, ta lựa chọn vì chi phí đầu từ thấp (bằng 1/2 đến 1/3 so với quạt ly tâm cùng công suất), lưu lượng gió cao, phù hợp với yêu cầu thiết bị không cần áp cao Tuy diện tích cửa gió ra lớn hơn 2, 3 lần so với quạt ly tâm nhưng cơ cấu dẫn gió là 1 cơ cấu dễ gia công chế tạo và có sẵn nên ta vẫn lựa chọn quạt hướng trục

Lưu ý lựa chọn biến tần: Ta chọn biến tần phù hợp để điều khiển quạt 1.1kW thường làm việc ở chế độ dài hạn, từ đó chỉnh lưu lượng tác nhân sấy để phù hợp với giai đoạn sấy

Ta chọn biến tần có độ chính xác vừa phải, phổ biến nên ta chọn biến tần có công suất bằng quạt là: Siemens 6SL3210- 5BE21-1UV0 Biến tần Siemens

6SL3210-5BE21-1UV0